生物医学：生命的守护者

随着社会的发展及进步，科技在各个领域都有了很广泛的应用，医学方面也自然不会例外。有人说：21世纪将是生物科技的时代，或者说是生命科学的时代。因为生物技术和信息技术的迅猛发展已向人们展现了更加诱人的发展前景，并使生物学和信息学结合起来的生物信息学的研究成为可能。运用生物信息学的原理或机制去揭示生命的奥秘，认识和探讨人类疾病和治疗的发生和发展。在这一专题的阅读中，大家可以感受克隆技术和DNA的神秘，也可以了解超声波在临床医学中发挥的重要作用，以及人造器官造福人类的喜讯。

伴随着医学科技飞跃地发展和在临床诊疗各环节的渗透，其“双刃剑”的特性日益凸显，它一方面为人类的生命健康带来了里程碑式的贡献，另一方面却给人类伦理、法律等各方面带来了直接或间接的影响，也给日趋严重的医患关系带来了极大的隐患。

（一）克隆技术——划时代的震撼^[6]

卓　然

克隆是英文“clone”的音译，在我国的港、澳、台地区则意译为复制或转殖，是利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组之后代的过程。科学家把人工遗传操纵动物繁殖的过程叫作克隆，这门生物技术叫作克隆技术，其主要内含是无性繁殖。克隆技术在现代生物学中被称为“生物放大技术”。

克隆技术已经历了三个发展时期：第一个时期是微生物克隆，即用一个细菌很快复制出成千上万个和它一模一样的细菌，继而变成一个细菌群；第二个时期是生物技术克隆，比如遗传基因——DNA克隆；第三个时期是动物克隆，即用一个细胞克隆出一只动物。克隆绵羊“多莉”是由一头母羊的体细胞克隆而来，使用的便是动物克隆技术。在生物学上，克隆通常用在两个方面：克隆一个基因或克隆一个物种。前者相对容易，而后者难度较大。

克隆羊“多莉”引起轰动的原因是因为其他克隆动物的遗传基因来自胚胎，且都是用胚胎细胞进行的核移植，严格地说并不是纯粹的“无性繁殖”。而“多莉”的基因组都来自单亲，这才是真正的无性繁殖。因此，从严格意义上说，“多莉”是世界上第一只真正克隆出来的哺乳动物。

中国科学家一直致力于前沿科学的研究，在生物克隆技术研究领域已取得丰硕的成果。早在1965年，生物学家童第周就对金鱼、鲫鱼进行细胞核移植。进入20世纪90年代，中国十多所科研院校的科学家相继克隆出山羊、兔子、牛和猪等动物。

尤其值得一提的是，十年前由西北农林科技大学动物胚胎工程专家张涌教授培育的体细胞山羊“阳阳”出生一年后，产下一对“龙凤胎”，在科学界首次证明了第一代克隆羊拥有正常的繁育能力。

尽管克隆研究取得了很大的进展，但目前克隆的成功率还是相当低的：多莉出生之前研究人员经历了276次失败的尝试；70只克隆小牛的出生则是在9000次尝试后才获得成功，并且其中的三分之一在幼年时就夭折了；Prometea（克隆马普罗米特亚）进行了328次尝试才成功出生。而某些物种，例如猫和猩猩，目前还没有克隆成功的报道。而狗的克隆实验，也经过数百次反复试验才获得成功。

现在科学界把克隆分为治疗性克隆和生殖性克隆两种。前者是利用胚胎干细胞克隆人体器官，供医学研究、解决器官移植供体不足的问题，这是国际科学界和伦理学界都支持的，但有一个前提，就是用于治疗性克隆的胚胎不能超出妊娠14天这一界限。而生殖性克隆，即通常所说的克隆人，由于它在总体上违背了生命伦理原则，所以科学界的主流意见是坚决反对的。联合国教科文组织、世界卫生组织和国际人类基因组伦理委员会和各国政府也都非常明确地表示，反对生殖性克隆。即使克隆人真的诞生了，我们还是要坚持这一基本立场。

如果克隆人牵涉刑事案件，警方就很难抓到真凶，因为被克隆出来的人拥有与被克隆者同样的指纹、同样的瞳孔、同样的虹膜，一旦发生犯罪事件，警方就没有确凿的证据来判定究竟是“他”，还是“他”。

按照生命伦理学的观点，科学技术要从长远利益出发，造福全人类。它必须遵循“行善、不伤害、自主与公正”这四项国际公认的伦理原则。

（二）手术台上的“软刀子”^[7]

石　松

医生正在给菲利丝做脑外科手术，通常做这类手术都免不了流血。但奇怪的是，眼前没有手术刀，甚至连一滴血都不见。菲利丝睁着大眼睛，神志完全清醒。只见她戴着一顶头盔，医生轻轻按了一下按钮，于是，在她不可见的大脑深处，一小块病变的脑组织被加热，渐渐烧化了，而周围的脑组织却完好无损。手术当天，她就出院了。之前，菲利丝患有一种神经性疾病，右手会时不时地剧烈颤抖。这次小手术把她从持续了30多年的梦魇中解放出来。

她奇迹般的康复得益于一项新的医疗技术。正如太阳光通过放大镜聚焦可以把纸片烧着一样，高强度的超声波通过聚焦也可以烧化机体组织。这些超声波对人体是完全无害的。所以外科医生可用它来去除人体内的病灶，而不必担心伤及健康组织。手术时不需要切口，甚至都不需要麻醉，病人手术当天即可出院。

不开刀，烧化病灶

人体内部长出肿瘤或者发生病变时，把病灶割除一直是外科医生的主要任务。当然手术时能不动刀，不伤皮肉又是很多人的梦想。而实现这个梦想，超声波是首选。因为其他的波，比如电磁波，对人体的副作用太大。

早在20世纪40年代，美国科学家就做过尝试。他们把超声波聚焦后，成功地在猫的大脑中烧出一个小窟窿。但因当时缺乏精确的聚焦和成像技术，此类手术在人身上开展风险很大，所以没有推广开来。如今随着CT等成像技术的出现，这项技术得以重获新生。

超声波聚焦手术的应用范围很广，其中一个例子是用于治疗前列腺癌。过去治疗前列腺癌需要摘除整个前列腺。但现在，外科医生只需用聚焦的超声波把肿瘤一点一点烧化即可。焦点的直径有时只有几分之一毫米，面积仅有一粒米的横截面那么大，所以医生很容易控制，不伤及健康组织。迄今的试验结果给人印象深刻：在一项调查中，95%的患者在术后1年恢复了健康。

另一个例子是治疗脑病。不用开颅，超声波聚焦后即可消灭深藏于脑部的病变。比起治疗前列腺癌，这类手术难度大多了。原因是，超声波先要穿透颅骨，而骨组织会吸收很大一部分超声波，穿过颅骨之后，能量损失很大。而更棘手的是，我们颅骨的厚度并非处处均匀，这又会影响到聚焦。

为了克服这些难题，外科医生先用CT扫描，测出患者头部成千上万个点上的骨密度。然后，让患者戴上一顶布满孔眼的“头盔”。“头盔”的每个孔眼里其实都装有超声波发生器。每个发生器根据对应位置的头骨密度，对超声波的频率和强度进行微调，不仅可以保证超声波能透过颅骨，还能精准聚焦在病变所在的位置上。

2013年，首批15名患者参与了试验，菲利丝也在其中。他们都患有遗传性震颤症。手术过程中，医生烧化了患者丘脑上的一小块病变区域——正是该区域一些神经的异常活动，引发了手部肌肉不由自主地颤抖。整个手术过程不到两小时。据菲利丝回忆，当时除了有一种奇怪的“嗡嗡嗡”的感觉外，没有一点疼痛，治疗取得了立竿见影的效果。菲利丝一回到家，右手就不再颤抖了，书写也流畅了。另外14名患者也有相似的经历。

未来，该技术或可用于治疗帕金森症和脑部肿瘤。

超声波传递药物

在前面的例子中，超声波所扮演的还只是“软刀子”的角色。现在让我们来看它的另一种用途——传递药物，这是常规疗法所不能企及的。

用超声波传递药物的一种设想是，研制一种在人体正常体温下不活泼的药物，把它注射进癌症患者体内，然后在肿瘤部位用超声波加热，来激活聚集在该处的药物。这样既可以减轻药物对身体其他部位产生的副作用，又可在需要的地方有针对性地加大剂量。

这种治疗还可辅以一种直径在1～10微米的微小泡泡。这些小气泡，内充气体，外裹一层油脂、蛋白质或者高分子聚合物。如果用具有适当频率和强度的超声波照射它们，它们就会产生共振，快速地膨胀和收缩，直至突然爆破，同时产生一股股小小的冲击波。

在身体的某些部位，未来可以把传统的化疗药物置于微气泡内，然后在病变部位用聚焦的超声波“引爆”。引爆产生的冲击波，可以把药物分子射入病变部位的更深处，在那里，药物更具效力。用类似的办法对于治疗骨癌也十分有效。

超声波在聚焦之后甚至可用来治疗还处于子宫中的胎儿的疾病。首例手术完成于2013年。手术涉及的是两个胎儿，一个发育正常，另一个却未发育出心脏。两个胎儿通过脐带相连，那个未发育完全的胎儿靠同伴的心脏泵血给自己才能存活。结果，那个正常胎儿的心脏不得不付出额外的工作，来供养另一个。照此下去，会导致胎儿因心力衰竭而双双流产。

在孕妇怀孕13～17周后，外科医生用超声波，把不正常的胎儿从胎盘上切割下来，以此来为健康胎儿减负。这名健康胎儿最后顺利地生了下来。

通过上述这些例子，我们已经大致了解了超声波医疗的广阔前景。随着这样一把“软刀子”的出现，一场外科手术领域革命的幕布，已经悄悄在手术台上揭开。

（三）以假乱真的人造器官^[8]

杜御风

假如有一天，人们对你说“生产一根骨头，一张皮肤，一片角膜就像生产一个螺丝帽那样简单”，你是否会相信？然而，这一切都可能是真的，因为科学技术的迅猛发展使得一幕幕原先只能在科幻小说里看到的情景成了现实。

使用方便的人造皮肤

人类皮肤的面积约有2平方米，它覆盖着全身，既能保护内部组织，又能感觉刺激、调节体温、排泄废物。可以毫不夸张地说，皮肤是人体的第一件“外衣”，它是抵御外界细菌和病毒入侵的第一道防线。

皮肤的再生能力很强，只要损伤不太严重，总能自行修复。但如果受到像烧伤那样的大面积破坏，皮肤就很难自行修复，这时病人会面临极大的危险，需要进行皮肤的移植。可是，植入异体的皮肤往往又因排异反应由红变紫、隆起变干，最后结痂脱落。

为了解决这一问题，几十年前，人们发明了人造皮肤。最初，人造皮肤以聚乙烯醇海绵为材料，外形呈薄膜样或海绵状，它能代替敷料覆盖创伤表面。以后，人们又用哺乳动物的羊膜、皮肤、胶原蛋白、聚氨酯、硅橡胶、聚乙烯、聚乙烯醇等材料代替了聚乙烯醇海绵。

稍后，又有人设计出双层的人造皮肤，它的外层是用硅橡胶薄膜做成的，薄膜上有许多新鲜氧气出入的小孔。内层则是一层培养基，含有从牛皮、鲨鱼软骨中提取的营养物质以及生长激素。

近些年来，新加坡和美国等国的科学家用从蟹壳和虾壳中提取的壳聚糖做成诱导皮肤细胞生长的介质，从而制造出孔径仅为100～200微米的透气良好、质地柔软的人造皮肤。

一位日本科学家设计制造的则是特殊的海绵人造皮肤。海绵上附有志愿者提供的皮肤细胞，制成人造皮肤后可以敷在伤口的表面，海绵中的胶原、透明质酸以及皮肤细胞能促进患者自身皮肤细胞的繁殖，使伤口愈合。令人称奇的是，当患者的伤口愈合以后，一部分海绵还会被人体吸收。

进入21世纪以后，人造皮肤的研究有了突飞猛进的进展。

科学家们发明了一种被称作“播种细胞”的人造皮肤培养方法。他们将手术后废弃的皮肤均匀地撒在网状结构上，而后将网状结构浸入培养液进行细胞培养，在此期间，他们还向培养液中添加特殊的成分，使皮肤细胞发生一些变化，避免将来在接受移植的患者体内发生排异反应。

播种以后，细胞很快长成一片，形成新的皮肤。令人惊讶的是，人造皮肤能够分泌生长激素，促进受损部位快速愈合。几个星期以后，毛细血管就长进新的皮肤，人造皮肤便慢慢长成了真正的新皮肤。(www.xing528.com)

与国外同行相比，中国的科学家也不甘人后。从1997年开始，我国科学家就开始研制新型的人造皮肤。他们将表皮细胞播种在人工真皮上，经体外培养以后长出人造皮肤。这种人造皮肤不容易产生排斥反应，含有4～6层表皮细胞，能一次性修复缺损的皮肤组织。

为了使人造皮肤尽快获得营养供应，人们还将一种促进血管化的基因成功地转入人体纤维细胞，并将患者的内皮细胞和合成纤维细胞植入人造皮肤的真皮支架中，以促使新血管形成。

眼下，已有30多名烧伤患者接受了这种人造皮肤的移植。人造皮肤植入以后，一个星期后就能愈合，而且外观平整，有弹性，无疤痕，看上去和正常皮肤并无多大差异。

神奇的人造骨骼

成年人体内一共有206块骨头，它们分别是躯干骨、颅骨和四肢骨。根据骨的形态，人们又把它们分成长骨、短骨、扁骨和不规则骨。不同的骨头借助于骨连接形成了骨骼，在神经系统的指挥下，它们通过肌肉牵引产生运动。

在生活中，因为遭遇车祸或其他意外，人的骨头会受到损伤，严重时还可能会因此变成残废。怎样才能修复损坏了的骨头呢？古人很早就想用金属制作骨头的代替物。大约在2100年前，古代的中国人就知道利用金子或银子修补耳朵、鼻子和牙齿。之后，人们又发现金、银、铜、铬、钛等金属，都可以用来制造人造骨骼和人造关节。

人们还发现，如果要让植入人体的人造骨骼或人造关节发挥稳定的作用，它们必须对人体无毒，与组织也应该有比较好的相容性。它们的化学性质应该比较稳定，并能够抗腐蚀、抗磨损、抗疲劳。

科学家们发现，生物陶瓷是制作人造骨骼的极好材料。生物陶瓷耐磨、耐压，强度高，化学性质也十分稳定，长期与血液接触不易受到腐蚀。生物陶瓷的种类很多，它们有的适合制作人工关节头和关节臼，有的适合制造髋关节头和人造牙。

生物陶瓷含有钙、磷、钾、镁、钠等元素，与人体组织具有极好的相容性。它们的表面布满许多小孔，这些小孔能吸引真骨细胞和上皮细胞朝内生长，当人造骨骼植入人体以后，它们的内部就能长有许多骨细胞和微血管。

适合制造人造骨骼的还有合金钢、不锈钢、钛合金、钛铬钼合金、塑料、硅椽胶和碳纤维复合材料等。特别是碳纤维复合材料，有弹性，耐摩擦，又与人体组织相容，可用来制造关节，容易与人体融为一体。

如今，人们尝试用各种各样的材料制造人造骨骼。比如，2005年，日本科学家利用人体骨骼中含有的磷酸钙粉末制成了新型的人造骨骼，他们参考CT（电脑断层扫描）的图像数据，将磷酸钙粉末逐层堆积加固，制成各种形状的人造骨骼。不久以前，我国科学家利用高温等离子火焰在金属表面喷涂上一层仅几十微米厚的羟基磷灰石，制成了强度高、韧性好、具有良好的生物相容性的人造骨骼。加拿大科学家则用生物降解泡沫材料为病人制作人造骨架模型。模型上充满小孔，小孔中被植入骨骼细胞，人造骨骼被植入人体后，骨骼生长细胞就长成了新骨。生物降解泡沫材料很快便降解了，这时剩下的就是新的骨骼。

巧夺天工的人造角膜

人的角膜生在眼球的前面，它无色透明，呈圆形，厚约1毫米，是一种不长血管的结缔组织。

角膜的前方微微突出，形成一个球面，能屈光。角膜上还分布着丰富的感觉神经末梢，它非常灵敏，一有炎症就会感到疼痛。

因为角膜直接跟外界接触，所以很容易受到伤害，引起感染。发生病变后，原先透明的角膜就可能变得浑浊，视力便因此受到影响。

过强的紫外线辐射、感染或意外事故都会导致角膜损伤，甚至引起失明。如今，世界上大约有1亿人因患角膜疾病而导致失明。

科学家们发现，角膜上不长血管，血液中的免疫细胞无法与角膜接触，不会产生排异反应。因此，可以用移植角膜的方法使盲人复明。但人工捐献的角膜数量是有限的，并不是所有的病人都可以接受类似的治疗。况且，接受角膜移植的病人中，约有25%的人会出现视力衰退的现象。

正因为取得令人满意的活体角膜比较困难，所以科学家们就将目光转移到了人造角膜上。

20世纪70年代，科学家将涤纶选为制造人造角膜的材料。他们将涤纶纤维织成圆网状，然后再在“圆网”中嵌入一小块玻璃透镜，它们共同组成一片真正的人造角膜。涤纶并不会刺激眼球，角膜细胞可以长进涤纶网中。

不久前，一些英国科学家找到了可以植入眼睛且不会被排斥的人造角膜。这种人造角膜以水凝胶的聚合体为材料，是一种含有大量水分子的聚合体，植入患者眼球后会和眼睛融合在一起。

加拿大科学家尝试制造出的新型人造角膜形状与正常角膜相同，它具有由人造聚合材料组成的框架，框架中含有天然角膜中含有的胶原质。当框架植入眼睛以后，就能刺激眼部细胞在框架中再生，最终长成能有效聚光的角膜。

美国斯坦福大学的科学家则设计出含水量达到80%的水凝胶。这种水凝胶由两块网状结构所组成，伸缩性强，极为强韧，适应性强，不会引起排异反应。眼睛所需要的葡萄糖等养料可以毫无阻碍地通过水凝胶被眼睛吸收。

我国青岛海洋大学的科学家从虾壳、蟹壳的提取物甲壳素中提取出一种叫壳多糖的膜状固体。通过某种工艺加工，壳多糖在干燥过程中产生肉眼看不见的网孔。将壳多糖裁成角膜的形状，并压出合适的屈度，最后将眼角膜内皮的单层细胞植入网孔，人造角膜就制成了。单层细胞就在壳多糖支架上不断分裂、繁殖，最后长成完整的眼角膜。据称，这种人造角膜能很好地与人体亲和，最终能安全地降解。

北京大学的科研人员则将制造人造角膜的希望放在干细胞上。干细胞是功能上未定型的细胞，具有很强的可塑性，在一定的条件下，它可以长成肝脏、肾脏、角膜等器官。科研人员将人体的干细胞放入装满营养液的容器中，干细胞就不断地分裂长大，到一定程度可以移植到患者的生病角膜上。一个星期以后，它就“吞噬”生病的角膜，长成健康的角膜。

（四）胎儿DNA测试：喜还是忧？^[9]

刘　霞

如今，医生开始通过使用功能强大的DNA测试“基因芯片”来检测胎儿是否存在基因异常，通过该方法，医生可以提前发现一些同基因有关的综合征的征兆。科学家对此众说纷纭，怀孕的父母也莫衷一是。有人认为，这种测试可以提前发现有问题的胎儿，让未来的父母更好地选择；有人担心，测试结果可能会让怀孕的父母更加忧心，出现更多流产，产生严重的生物伦理问题。

美国国立人类基因组研究所的莱斯利·比塞克说：“这是一个潘多拉魔盒。像任何其他功能强大的技术一样，它解决了一些问题，但同时也带来一些新问题。”

支持者：让父母更好地选择

这个新的测试被称为“比较基因组杂交技术”，该技术使用“微序列”或者“基因芯片”来寻找几十个不普通的、往往很严重的综合征，这些综合征往往是由于基因物质的删除或者增加所导致，标准的基因分析无法精准地探测到。

哥伦比亚大学的罗纳德·瓦普勒说：“我们能够探究胎儿的基因组来找到或者被添加或者被减少的更小块的DNA，它们中的许多可能会引起疾病。”他正在领导一个耗资330万美元的国家研究项目，开始在4000名孕妇中实验这项技术。贝勒医学院和Signature基因实验室也已经公开推出这项服务，亚特兰大的埃默里大学也开始做这项测试。

支持者认为，这些测试允许夫妇利用最新的分子技术发现最具毁灭性的基因综合征，缓解他们的担忧；同时，能够监测到一些反常情况，使得父母能更好地决定是否流产，或者为迎接一个不完美小孩的出生做好足够的心理准备。

贝勒医学院分子和人类基因部门的亚瑟·比尔德特说，这个测试的费用为1600美元，能够探测150多种已知的遗传紊乱，这些紊乱能够导致残疾、精神发育迟缓以及许多健康和行为问题。

“这些紊乱相当麻烦，它们需要终生的医疗护理，在很多情况下孩子不能走路，不能说话，不能养活自己，可能对家庭生活造成严重影响，妈妈们需要提前知道真相。当许多夫妇得到不好的结果时，有人会选择流产，有人可能决定生下这个孩子，提前知道这些信息也可以帮助他们以及医生更好地照顾孩子。对于一些需要最好的产前诊断以及最多相关信息的人来说，这是最好的选择。”

Signature实验室的负责人利萨·夏弗说：“怀孕期间知道得越多，越能更好地未雨绸缪。这将保证孩子一旦出生，便能够得到尽可能好的治疗。”

截至目前，大多数要求测试的夫妇都是有了一个遗传畸形的孩子，他们有家族性的遗传综合征，希望借助该技术弄清一些令人担忧的结果。埃默里大学人类基因学教授戴维·雷德贝特说：“病人和产科医生都意识到这是好事，也都需要它。”

比尔德特和夏弗认为，他们的测试强调一些明显与常见的综合征相关的反常现象，产生模棱两可结果的可能性只有1%。比尔德特的实验室已经对500个怀孕的妈妈进行了测试，他说：“大多数解释是很清楚的，如果不能给出清晰的解释，我们会向他们提供最好的信息。”

反对者：导致生物伦理问题

然而，人们也深怀不安：贝勒医学院和Signature实验室能够正确地找出多少种综合征呢？反对流产的社会活动家也担心这项测试可能导致更多流产。批评人士指出，这些测试并不是完全有效，并且有可能会产生许多错误的结果，使得敏感脆弱的父母更为焦虑，或许会使某些人“误杀”健康的婴儿。

家庭研究委员会的戴维·普瑞提斯说：“提前知道这些信息用来做什么？如果是为了多获得一些信息，让父母为即将诞生的小孩儿做更多的准备，那很好；但如果它被用于优生学的目的，或者导致流产，我们将反对它。”

比塞克说：“任何人都知道，DNA在遗传的过程中会产生许多变异，这不仅导致疾病或者综合征，也会出现我们无法预料的结果，这是使我们变得与众不同的一部分，我们必须区分这些变异是否会导致紊乱，但目前我们还不能做到这一点。即使这些缺陷被探测出来，并且也同某些已知的综合征相关，也很难知道这将会对孩子造成多么严重的影响，丢失DNA也一直引起综合征，但在同一区域，额外的DNA也不一定导致综合征。另外，有些综合征很严重，而有些则可以忽略不计。”

美国残疾人协会主席安德鲁·伊姆帕拉托说：“我们也应该欢迎不完美的小孩来到世界上。如果我们决定使用胎儿测试来消除基因造成的残疾，那很不人道，我认为，这意味着我们正在说某一类的生命不值得在世界上生存。”

有些人担心这些测试将被扩展到寻找遗传标记，这些遗传标记可能仅仅标志着诸如癌症、糖尿病、精神疾病、肥胖以及其他疾病出现的风险会增加。或者更进一步，寻求“定制”的孩子，更有甚者，有些父母使用该项技术来探测晶胚以决定要男孩还是女孩。

乔治敦大学的生物伦理学家凯文·菲茨杰拉德说：“要是突然每个人决定的另一个特征并不理想怎么办？出现肥胖怎么办？出现其他症状怎么办？我想说，这不仅仅是一个担忧，这是我们需要从现在开始深思的现实。”